自动化专业导论作业.doc

1）根据你目前的理解， 自动化科学与技术的核心是什么？自动化专业的特点是什么？
答：自动化科学与技术的核心是控制与系统和反馈。，控制与系统不但是自动化科学与技术与其他科学技术最大的不同点，更是自动化科学对其他许多科学技术发展所做的重要贡献所在。
自动化专业的特点:“强弱电并重,软硬件兼顾,控制理论和实际系统相结合，面向运动控制、过程控制和其他对象控制”，具体来说自动化专业的特点有以下几点:
①多学科交叉：自动化是当代高技术的集中体现与应用，自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，不仅覆盖的面非常宽广，而且在自动化学科的结构体系中，还包含了其他学科的一些交叉分支.
②方法论突出：在自动化科学的产生与发展过程中，出现了许多重要的科学方法与科学思想，不仅对自动化科学与技术的发展起了极其重要的推动作用，使自动化学科成为最具方法论性质的学科之一,而且也对其它技术学科以及自然科学、管理科学乃至哲学的发展都做出了贡献。
③系统、集成的特点：自动化的核心是控制与系统。控制的最基本问题是如何对系统施加控制作用使其表现出预定的行为.
2）开环控制和闭环控制的差异是什么？解释闭环PID控制的作
用?
答：开环控制和闭环控制的差异；若系统的输出量对系统的控制作用没有影响,则称为开环控制系统。特点是：控制量与被控制量之间只有前向通道而没有反向通道，信息的传递路径不是闭合的，则称开环.
在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用,若部分或全部取自被控量的反馈信息，即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理.正是由于引入了反馈信息,使整个控制过程成为闭合的。则为闭环.
闭环PID控制的作用: PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一,PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统,可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。PID就是比例积分加微分控制.
比例环节作用：
    成比例地反映控制系统的偏差信号e（t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用,以减小偏差.当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
积分环节作用:
    控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T，T越大，积分作用越弱，反之则越强。
微分环节作用：
    反映偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系.
PID控制系统是结合三种作用,从而达到稳定系统的目的.
3）计算机在计算机控制系统中充当什么角色？为什么要用A/D和D/A装置与现场设备相连？与模拟控制系统相比,它有哪些特点？ 试举一个应用的实例? 并画出系统的结构示意图？阐述他们的工作原理。
答：计算机在直接数字控制系统充当控制器。因为计算机不能直接处理模拟信号只能处理数字信号,要实现数控就必须进行这两种转换用，A/D和D/A装置与现场设备相连是为了实现计算机与被控对象之间的信号变换与信息传输，起桥梁作用.
直接数字控制系统（DDC）的特点:
①计算机控制系统中,控制器的控制规律是通过计算机程序形式实现的，修改一个控制规律，只需修改相应的程序，不需要改变硬件电路，因此具有很大的灵活性和适应性。
②计算机控制系统具有丰富的指令系统，很强的运算能力和逻辑判断功能，便于实现复杂的控制规律，而传统的控制系统采用模拟电路或机—电的形式只能实现简单的控制规律.
③传统的控制系统一般一个控制器只能控制一个回路。而在计算机控制系统中,由于计算机高速的运算处理能力，可以采用分时控制等方式，同时控制多个回路，并可方便的实现各控制回路之间的协调和管理。
直接数字控制系统（DDC)实例：VAV空调系统中的自动控制如图所示，空调冷冻水系统循环泵,由初级泵和次级泵组成。
初级泵为定频泵，其流量只需满足冷水机组的额定流量。次级泵采用变频泵根据供回水之间的压差ΔP，控制水泵电机转速从而改变水泵的供水量。控制过程如下图所示
控制过程：
当空调负荷逐渐减小，空调机组送风温度t达到设定值时，现场DDC控制器自动将空调机组的回水电动阀开度m减小，以减少机组水流量，此时系统供回水压差ΔP随之增大。通过DDC控制器自动调节变频器的输出频率使水泵转速n下降，从而减小系统水流量。同理，当空调负荷增大时，相应的増大系统的水流量.当次级泵b1满负荷运转时，流量仍不能满足空调系统需要时,DDC控制器自动开启次级泵b2。此时次级泵的流量大于初级泵的流量，系统回水通过旁通管回到次级泵进口，旁通的水量通过流量计q进行检测.如果旁通的水量大于某一设定值时，说明一台制冷机的制冷量不能满足负荷的需要.同时系统自动启动第二台制冷机。反之，停止一台制冷机.上述过程中电动阀、系统压差均采用PID的调节方式。控制系统中干扰量是空调负荷，检测变送装置是温度传感器、压差传感器，控制器是DDC执行器是电动阀、变频水泵.由于空调负荷的滞后性、每个房间空调负荷的不均匀性，使得末端空调机组电动阀不可能同时开大或同时关小，从而造成水系统压差的不稳定性。采用PID的调节方式可以实现超前调节、积分调节，使系统控制更加平稳。
水泵变频调速的节能原理
如图所示,当空调系统刚开始运行时由于负荷大，系统的水流量为Q1,空调系统运行一段时间后负荷减小并且趋于稳定，水流量变为Q2.根据水泵流量Q、压力P、转速n和功率N间的如下关系：
可以看出改变水泵转速，使流量适应空调负荷的变化。水泵效率η1＝η2＝const ,水泵功率大幅度下降,具有显著的节能效果。
空调末端变风量系统的自动控制
变风量空调系统中的空调机组采用变频风机,送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制，每个变风量末端装置可根据房间的布局设置几个送风口.如图所示，
  室内温度通过末端装置设在房间的温控器进行设定，温控器本身自带温度检测装置，当房间的空调负荷发生变化实际值偏离设定值时,VAVbox根据偏离程度通过系统计算，确定送入房间的风量.送入房间的实际风量可以通过VAVbox的检测装置进行检测,如果实际送风量与系统计算的送风量有偏差，则VAVbox自动调整进风口风阀以调整送风量。例如夏季，当室内温度高于设定值时,VAVbox将开大风阀提高送风量，此时主送风道的静压P将下降，并通过静压传感器把实测值输入到现场DDC控制器，控制器将实测值与设定值进行比较后,控制变频风机提高送风量，以保持主送风道的静压。如果室内温度低于设定值时VAVbox将减小送风量。冬季和夏季的调节方式相同，但调节过程相反。具体控制过程如下图所示
上述控制过程中,控制对象为室内温度、主送风道静压P，检测装置为静压传感器,调节装置是现场DDC控制器,执行器是变频风机，干扰量是VAVbox风阀开度、空调负荷。另外，送风道的严密性也是不可避免的干扰量，但可以通过改善施工工艺使之减小到最小程度.由泵与风机的相似律可知,变频风机和变频水泵的节能原理是一样的，这里就不在重复叙述。
由于变风量系统在调节风量的同时保持送风温度不变，因此在实际运行过程中必须根据空调负荷合理的确定送风温度。例如夏季，当送风温度定的过高，空调机组冷量不能平衡室内负荷时，空调机组可能大风量工频运转，此时起不到节能效果。空调机组的送风温度可以通过现场DDC控制器进行设定，并且通过控制空调机组回水电动阀，对送风温度进行有效的控制，控制过程如前所述。
为了使变风量系统更加稳定的工作、充分发挥节能效果，保持良好的室内空气品质。现场DDC可以对空调机组进行起停控制，通过设定时间表，使机组按时工作按时停止。对于有几十台甚至上百台空调机组的大厦来说,可以节省很多人工。DDC控制器通过监测新风与回风的焓值，确定新风与回风的混合比.在保持最小新风量的同时充分利用回风，以减少制冷机组能耗。DDC控制器还可以对空调机组过滤网前后的压差进行监测。当过滤网出现堵塞时会及时报警，以免长时间影响机组送风量。各个现场的DDC控制器通过网络控制器NCU与中央控制室之间进行信息交互，实现整个系统的集中控制.
空调系统的设计负荷，是考虑在最不利环境下的最大负荷。在实际运行的过程中，处于最大负荷运行状态的比例很小，所以采用变风量空调系统可以取得良好的节能效果。
4）“实体控制”类知识结构与体系的特点是什么？参照内蒙古科技大学自动化专业教学计划，你认为在基础课、专业基础课和专业课中，各有哪几门课程是主要、核心课程？你准备如何学好这些课程？
答:“实体控制"类知识结构与体系的特点：(1）工程的特点。学习如何将自动化科学技术的原理和方法转换为工程应用技术;同时学习如何将自动化技术应用于具体对象,使其成为自动化设备，自动化系统或自动化工程。（2)专门自动化的特点:针对不同的对象，形成具有专门针对性的自动化，如商业自动化、化工自动化、交通自动化,建筑自动化、电力自动化等.
根据我校制定的我专业的教学计划,我认为这些科目比较重要：高等数学A、大学物理、电路原理、电子技术基础、自动控制原理、微机原理与接口技术、单片机原理及应用、电力电子技术、电机与拖动、电气控制与PLC技术、电力拖动自动控制系统、计算机控制技术、控制系统仿真、工业企业供电、自动化仪表与过程控制、现代控制理论、变频器应用、Ｃ++程序设计以及实践教学内容金工实习、电子实习、工程教育、电子技术课程设计、生产实习、微计算机应用及计控技术实训、电机拖动与PLC实训、电力电子及拖动控制系统实训、流程控制自动化技术实训、毕业实习等.
在这些科目中,高等数学A、大学物理、电路原理、电子技术基础这几门课是我们学习专业课的基础，所以，我们应该加强基础的建设，为今后的专业课打下基础。
其他课程，例如自动控制原理、微机原理与接口技术、单片机原理及应用、电力电子技术、电机与拖动、电气控制与PLC技术、电力拖动自动控制系统、计算机控制技术、控制系统仿真、工业企业供电、自动化仪表与过程控制、现代控制理论、变频器应用，这些都是与我们日后工作息息相关的专业课程，我们在大好基础的前提下,要认真的对待这些课程，为进入工作单位,尽职尽责的工作做好技术上的保障。
最后是在校期间安排的实习和实训，通过这些，我们可以提前了解到现在工厂的一些情况，提高自己的动手能力,使今后可以更好更快的融入生产的大环境，提高自己的竞争力。
5）自动化专业人才需要哪5方面的知识？哪4方面的素质？哪4方面的能力？他们的相互关系?
答：五个方面的素质要求是工具性知识、人文社会科学基础知识、自然科学基础知识、工程技术基础知识、自动化专业知识；四个方面的素质要求是思想道德素质、科学素质、文化素质、身心素质;四个方面的能力要求是获取知识能力、应用知识能力、创造知识能力、科研创新能力。
知识、能力、和素质是进行高科技创新的基础，真确理解三者的内涵及其关系很重要.知识是基础，是能力和素质的载体；能力是知识的综合体现，实在获取知识过程中，经培养训练和实践锻炼而形成的；素质是人在获取知识、应用知识和创造知识过程中,在社会化过程中形成的相对稳定的各种品质的总和。知识和能力可以相得益彰，而高的素质可以推动知识和能力的拓展知识要求：人文社会科学基础知识、工具性知识（英语、计算机)、自然科学基础知识、工程技术基础知识、自动化专业知识.
6)自动化学科与专业在发展中形成了那些鲜明的特色?
答:（1）知识更新快,需要不断学习不断提高。(2）自动化是一门具有方法论性质的学科,其思想开阔。（3)学习自动化需要拥有创新能力，不局限于传统知识。(4）多学科交叉、涉及知识面广,有利于培养复合型人才.(5）其思想、方法是突出系统与集成。
7）列出自动化领域著名公司、研究院所、大学与重要学术期刊.
答：自动化领域著名公司：
1、美国罗克韦尔自动化公司2、美国霍尼韦尔公司3、德国西门子自动化公司 4、瑞士ABB公司5、日本三菱电机公司 6、美国江森自控公司7、法国阿尔斯通公司
自动化领域著科研院所：
1、中国科学院自动化研究所2、中国科学院沈阳自动化研究所 3、北京机械工业自动化研究所4、冶金自动化研究设计院 5、上海工业自动化仪表研究所6、天华化工机械及自动化研究设计院 7、轻工业自动化研究所
自动化领域著名大学：
清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、东北大学、西安交通大学、华中科技大学、上海交通大学、浙江大学、国防科技大学、南京理工大学、南京航空航天大学、湖南大学、天津大学等
自动化领域重要学术期刊:
《自动化学报》、《控制理论与应用》、《控制与决策》、《信息与控制》、《模式识别与人工智能》、《自动化仪表》、《控制工程》、《电力系统自动化》、《IEEE Transactions on Automatic Control》、《Automatica》、《IEEE Transactions on Automatic Science and Engineering》.